第五章數(shù)字化醫(yī)療儀器應(yīng)用實例

1、數(shù)字化醫(yī)療儀器數(shù)字化醫(yī)療儀器 第五章第五章 數(shù)字化數(shù)字化醫(yī)學(xué)儀器應(yīng)用實例醫(yī)學(xué)儀器應(yīng)用實例本章內(nèi)容本章內(nèi)容n傳感采集接口的設(shè)計傳感采集接口的設(shè)計nCF型數(shù)字式單道心電圖機(jī)（型數(shù)字式單道心電圖機(jī)（ECG-6951D）n智能攜帶式動態(tài)心電監(jiān)護(hù)儀智能攜帶式動態(tài)心電監(jiān)護(hù)儀(Holter)n病房監(jiān)護(hù)技術(shù)病房監(jiān)護(hù)技術(shù)n監(jiān)護(hù)儀使用中的安全問題監(jiān)護(hù)儀使用中的安全問題5.1 5.1 傳感采集接口的設(shè)計傳感采集接口的設(shè)計 5.1.1 5.1.1 數(shù)據(jù)傳感采集接口概述數(shù)據(jù)傳感采集接口概述傳感器傳感器信號檢測預(yù)處理/D轉(zhuǎn)換并行接口微處理機(jī)人體的各種物理量人體的各種物理量（生物電位，心音（生物電位，心音，體溫，血壓等），

2、體溫，血壓等）需經(jīng)傳感需經(jīng)傳感器將其變器將其變成電信號成電信號經(jīng)由諸如放大，濾波，干經(jīng)由諸如放大，濾波，干擾抑制，多路轉(zhuǎn)換等信號擾抑制，多路轉(zhuǎn)換等信號檢測及預(yù)處理電路檢測及預(yù)處理電路將模擬量的電將模擬量的電壓或電流送壓或電流送 A/D 轉(zhuǎn)換，變轉(zhuǎn)換，變成數(shù)字量，供成數(shù)字量，供計算機(jī)處理。計算機(jī)處理。5.1.2 5.1.2 信號源與數(shù)據(jù)采集電路間的接口電路信號源與數(shù)據(jù)采集電路間的接口電路前置預(yù)處理接口電路應(yīng)該具有很前置預(yù)處理接口電路應(yīng)該具有很高的輸入阻抗高的輸入阻抗和和共模抑制比共模抑制比，其，其輸入級輸入級應(yīng)有必要的應(yīng)有必要的保護(hù)及隔離措施；保護(hù)及隔離措施；為適應(yīng)不同生理信號幅度和輸出的幅度范

3、圍，應(yīng)有為適應(yīng)不同生理信號幅度和輸出的幅度范圍，應(yīng)有足夠的增益足夠的增益，電路既要電路既要濾除各種干擾濾除各種干擾，又要，又要頻帶合適頻帶合適，以便得到信號檢出時的，以便得到信號檢出時的最大保真度；最大保真度；為與數(shù)據(jù)采集電路適配，輸出端為與數(shù)據(jù)采集電路適配，輸出端輸出阻抗要低輸出阻抗要低，幅度的動態(tài)范圍幅度的動態(tài)范圍、模擬信號的極性模擬信號的極性、狀態(tài)信號的電平狀態(tài)信號的電平等等都必須等等都必須符合配接的規(guī)定符合配接的規(guī)定。有的還應(yīng)有有的還應(yīng)有相應(yīng)的校準(zhǔn)電路相應(yīng)的校準(zhǔn)電路(如血壓定標(biāo)電路如血壓定標(biāo)電路)。v下面只就儀器中應(yīng)用較多的下面只就儀器中應(yīng)用較多的生物電放大器生物電放大器和和光電隔離電

4、路光電隔離電路做些介紹。做些介紹。信號源與數(shù)據(jù)采集電路間的接口電路信號源與數(shù)據(jù)采集電路間的接口電路 一、心電信號放大器一、心電信號放大器 為了給為了給AD轉(zhuǎn)換提供一個低噪聲、高靈敏轉(zhuǎn)換提供一個低噪聲、高靈敏度和幅度足夠大的度和幅度足夠大的ECG信號電壓。信號電壓。 輸輸入入保保護(hù)護(hù)及及屏屏蔽蔽電電路路心心電電信信號號前前置置放放大大器器+光光電電隔隔離離電電路路主主放放大大電電路路+靈靈敏敏度度調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)和和50Hz陷陷波波電電路路抗抗干干擾擾濾濾波波電電路路+外外接接輸輸出出電電路路+限限幅幅比比較較器器閉閉鎖鎖電電路路無無效效信信號號檢檢測測電電路路+等等心電信號前置放大器心電信號前置放大器

5、 心電圖機(jī)用于測量心電圖機(jī)用于測量體表心電圖體表心電圖需要的需要的頻響為頻響為0.05 100Hz。 因為骨骼肌信號在這范圍內(nèi)也比較大，因為骨骼肌信號在這范圍內(nèi)也比較大， 所以所以在心電圖內(nèi)產(chǎn)生軀體的偽跡。在心電圖內(nèi)產(chǎn)生軀體的偽跡。 在診斷場合要求患者在幾分鐘內(nèi)不動是辦不在診斷場合要求患者在幾分鐘內(nèi)不動是辦不到的，對長期受監(jiān)護(hù)的病人則更難辦到，到的，對長期受監(jiān)護(hù)的病人則更難辦到，病人的病人的肌電干擾就不可避免。肌電干擾就不可避免。在監(jiān)護(hù)時，往往把高頻端限制在在監(jiān)護(hù)時，往往把高頻端限制在45 75Hz。在。在心電圖機(jī)心電圖機(jī)中采用中采用25Hz或或35Hz肌電濾波器。肌電濾波器。 心電信號前置放

6、大器圖心電信號前置放大器圖心電信號前置放大器心電信號前置放大器1、診斷用、診斷用0.05Hz；2、但對監(jiān)護(hù)儀來說，呼吸，電極偏置電位的變化，環(huán)境溫度的變化及、但對監(jiān)護(hù)儀來說，呼吸，電極偏置電位的變化，環(huán)境溫度的變化及身體移動都會引起基線漂移，因而身體移動都會引起基線漂移，因而監(jiān)護(hù)儀監(jiān)護(hù)儀的低端頻率為的低端頻率為0.1 0.5Hz。心電圖機(jī)采用心電圖機(jī)采用0.1Hz去漂移濾波器去漂移濾波器。前置放大器的增益前置放大器的增益一般在一般在100以下以下。為使心電信號推動記錄機(jī)構(gòu)，需要主。為使心電信號推動記錄機(jī)構(gòu)，需要主放大器將心電信號進(jìn)一步放大。放大器將心電信號進(jìn)一步放大。前置放大器和主放大器之間可

7、通過前置放大器和主放大器之間可通過RC耦合耦合，它決定了心電圖機(jī)的低頻響，它決定了心電圖機(jī)的低頻響應(yīng)，低端頻響常以應(yīng)，低端頻響常以RC乘積（即乘積（即時間常數(shù)時間常數(shù)來表示），如來表示），如1.6秒，秒，3.2秒秒。 心電圖心電圖具有很低的頻率成分：具有很低的頻率成分：心電圖機(jī)電極和皮膚接觸時，有些電極可以產(chǎn)生心電圖機(jī)電極和皮膚接觸時，有些電極可以產(chǎn)生幾百幾百mV的的極化電位極化電位前置放大器的放大倍數(shù)不宜太大，以避免造成電路前置放大器的放大倍數(shù)不宜太大，以避免造成電路飽和飽和 ：心電信號前置放大器心電信號前置放大器v心電圖機(jī)電極和皮膚接觸時的接觸電阻不平衡降心電圖機(jī)電極和皮膚接觸時的接觸電阻

8、不平衡降低抗干擾能力，故在每根導(dǎo)聯(lián)線與緩沖放大器之低抗干擾能力，故在每根導(dǎo)聯(lián)線與緩沖放大器之間都接有間都接有10k電阻電阻以以減少接觸電阻不平衡減少接觸電阻不平衡的影響。的影響。v三運放前置放大器三運放前置放大器:v心電圖機(jī)常采用三運放組成的儀用放大器，如下心電圖機(jī)常采用三運放組成的儀用放大器，如下頁圖所示。差分放大電路對經(jīng)過導(dǎo)聯(lián)選擇電路選頁圖所示。差分放大電路對經(jīng)過導(dǎo)聯(lián)選擇電路選擇的心電信號進(jìn)行放大。擇的心電信號進(jìn)行放大。v差分電路差分電路的特點是抑制因靜電或磁感應(yīng)而引入的的特點是抑制因靜電或磁感應(yīng)而引入的50Hz交流共模干擾信號交流共模干擾信號，使所需要的心電圖信號，使所需要的心電圖信號得

9、到放大，其得到放大，其放大倍數(shù)約放大倍數(shù)約為為20倍倍。v進(jìn)一步去除進(jìn)一步去除50Hz干擾還裝有干擾還裝有50Hz濾波電路濾波電路。 三運放前置放大器圖三運放前置放大器圖心電信號前置放大器心電信號前置放大器抗共模干擾電路抗共模干擾電路 共模干擾就是同時疊加在兩條被測信號線上共模干擾就是同時疊加在兩條被測信號線上的外界干擾信號，因屏蔽引線的分布電容不完全的外界干擾信號，因屏蔽引線的分布電容不完全相等而引起。相等而引起。抑制共模干擾的抑制共模干擾的措施措施：（1）利用）利用雙端輸入的運放雙端輸入的運放作為前置放大器，抑制作為前置放大器，抑制共模干擾。共模干擾。（2）利用）利用隔離放大器隔離放大器，

10、變壓器或光電耦合器將信，變壓器或光電耦合器將信號源和儀器隔離，使兩個地之間沒有直接的導(dǎo)通號源和儀器隔離，使兩個地之間沒有直接的導(dǎo)通回路?；芈?。（3）利用）利用浮地輸入雙層屏蔽放大器浮地輸入雙層屏蔽放大器。RxExI2I1R2R1ECMRCMEnHR1Z1Z2L數(shù)字化醫(yī)療儀器數(shù)字化醫(yī)療儀器的共模干數(shù)字化醫(yī)療儀器的共模干擾擾數(shù)字化醫(yī)療儀器eBenRxExIEVi數(shù)字化醫(yī)療儀器的串模干擾數(shù)字化醫(yī)療儀器的串模干擾v串模干擾串模干擾它是由外界條件引起的，它是由外界條件引起的，疊加疊加在被測電壓上的在被測電壓上的干擾信干擾信號號，并通過測量儀器的輸入端，與被測信號一起進(jìn)入測量，并通過測量儀器的輸入端，與被

11、測信號一起進(jìn)入測量儀器而引起的測量誤差。串模干擾主要來自于儀器而引起的測量誤差。串模干擾主要來自于高壓輸電線高壓輸電線所產(chǎn)生的所產(chǎn)生的空間電磁場空間電磁場。抑制串模干擾的措施：抑制串模干擾的措施：（1）采用濾波器）采用濾波器 雙雙T濾波器，低通濾波器等。濾波器，低通濾波器等。（2）選擇器件）選擇器件 采用雙積分型的采用雙積分型的 A/D 器件。積分周期要等于工頻周器件。積分周期要等于工頻周期的整數(shù)倍。期的整數(shù)倍。（3）電磁屏蔽）電磁屏蔽 除進(jìn)行電磁屏蔽外，應(yīng)選用帶有屏蔽層的雙絞線或除進(jìn)行電磁屏蔽外，應(yīng)選用帶有屏蔽層的雙絞線或同軸電纜作信號線。同軸電纜作信號線。v三運放電路特點為三運放電路特點為

12、:1、高輸入阻抗、高輸入阻抗;2、高共模抑制比、高共模抑制比CMRR;3、改變、改變RG 可調(diào)節(jié)放大倍數(shù)?？烧{(diào)節(jié)放大倍數(shù)。公式計算：公式計算：設(shè)：設(shè)： R1=R2；R3=R4；R5=R6 Vo1-Vo2=IG（2R1+RG）；）； Vi1-Vi2=IGRG；故：故： Vo1-Vo2=（Vi1-Vi2)(2R1+RG)/RG AV1=(2R1+RG)/RG=1+2R1/RG而而：AV2= - R5/R3所以：所以：總差模增益總差模增益 AV=AV1*AV2= - (1+2R1/RG)R5)/R3 而而總共模增益總共模增益AVM=AVM1*AVM2=1*0=0AAAVi1Vi2R1R2RGR3R4

13、R6R5V0+-三運放電路特點為三運放電路特點為:高輸入阻抗高輸入阻抗;高共模抑制比高共模抑制比CMRR;改變改變RG 可調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。可調(diào)節(jié)放大倍數(shù)。Vo1Vo2v電路中，由兩個性能一致的同相放大器并聯(lián)構(gòu)成平衡對稱差電路中，由兩個性能一致的同相放大器并聯(lián)構(gòu)成平衡對稱差動輸入級動輸入級,輸入級的差動輸出及其差模增益只與差模輸入電輸入級的差動輸出及其差模增益只與差模輸入電壓有關(guān)，而其共模輸出、失調(diào)及漂移均在兩端互相抵消，因壓有關(guān)，而其共模輸出、失調(diào)及漂移均在兩端互相抵消，因而電路具有良好的共模抑制能力，又不需要外部電阻匹配。而電路具有良好的共模抑制能力，又不需要外部電阻匹配。但一般難以消除偏置電

14、流的影響。若將其改為可調(diào)電阻，則但一般難以消除偏置電流的影響。若將其改為可調(diào)電阻，則電路具有增益調(diào)節(jié)能力。構(gòu)成雙端輸入單端輸出的輸出級，電路具有增益調(diào)節(jié)能力。構(gòu)成雙端輸入單端輸出的輸出級，進(jìn)一步抑制共模信號，因此其選擇應(yīng)具有高共模抑制比。進(jìn)一步抑制共模信號，因此其選擇應(yīng)具有高共模抑制比。v這種放大器精度高、穩(wěn)定性好，常用于精密儀器電路和測控這種放大器精度高、穩(wěn)定性好，常用于精密儀器電路和測控電路中。電路中。 AAAVi1Vi2R1R2RGR3R4R6R5V0+-Vo1Vo2心電信號前置放大器心電信號前置放大器v如圖如圖9-3所示三運放組成的放大器，是心電圖機(jī)通常采所示三運放組成的放大器，是心電

15、圖機(jī)通常采用的放大器。用的放大器。v當(dāng)當(dāng)R2=R3，R4=R6，R5=R7v例：例：v調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)R144,可減小共模輸出信號?？蓽p小共模輸出信號。 RRRRAV451212倍201001001212002AV二、光電耦合接口電路二、光電耦合接口電路v在病人與儀器設(shè)備之間必須有良好的在病人與儀器設(shè)備之間必須有良好的隔離措施隔離措施，以免病人以免病人受到受到儀器漏電儀器漏電時的時的強(qiáng)電危害強(qiáng)電危害以及使用以及使用除顫器時設(shè)備受到除顫器時設(shè)備受到高電壓沖擊的損傷高電壓沖擊的損傷。因此，。因此，隔離放大器是必不可少的。隔離放大器是必不可少的。v目前用于這種隔離的器件有許多種，例如光電目前用于這種隔離的器

16、件有許多種，例如光電耦合器、變壓器、光敏電阻、磁敏電阻或霍爾耦合器、變壓器、光敏電阻、磁敏電阻或霍爾效應(yīng)器件等。效應(yīng)器件等。v下圖為接口電路的工作原理下圖為接口電路的工作原理 光電耦合接口電路光電耦合接口電路光電耦合器驅(qū)動電路光電耦合器驅(qū)動電路 v上圖顯示了一個典型的光電耦合器驅(qū)動電路。在該例中，右上圖顯示了一個典型的光電耦合器驅(qū)動電路。在該例中，右邊的邊的5V副邊輸出將會被左邊原邊電路的脈寬調(diào)制器控制。副邊輸出將會被左邊原邊電路的脈寬調(diào)制器控制。v比較器比較器A1將將ZDl(結(jié)點結(jié)點A)的參考電壓和通過分壓電路的參考電壓和通過分壓電路R7和和R8的輸出電壓進(jìn)行比較，因而控制的輸出電壓進(jìn)行比較

17、，因而控制Q2的導(dǎo)通狀態(tài)，可以定義發(fā)的導(dǎo)通狀態(tài)，可以定義發(fā)光二極管光二極管D1的電流和通過光耦合在光敏晶體管的電流和通過光耦合在光敏晶體管Q1的集電極電的集電極電流。然后流。然后Q1定義脈沖寬度和輸出電壓，補(bǔ)償任何使輸出電壓定義脈沖寬度和輸出電壓，補(bǔ)償任何使輸出電壓改變的傾向。改變的傾向。v隨著光電耦合器的使用時間增加和傳輸比即增益的下降，為隨著光電耦合器的使用時間增加和傳輸比即增益的下降，為了防止控制失靈，給了防止控制失靈，給Q2提供充足的驅(qū)動電流裕量是很有必要提供充足的驅(qū)動電流裕量是很有必要的。的。 由于光電管選用的是配對器件，放大器的性能近于理想，由于光電管選用的是配對器件，放大器的性能

18、近于理想，配對電阻近似相等，電路補(bǔ)償效果可以很好，整個電路線配對電阻近似相等，電路補(bǔ)償效果可以很好，整個電路線性度容易達(dá)到性度容易達(dá)到1 1。 電路的增益推導(dǎo)如下：電路的增益推導(dǎo)如下：2111RVRviccI因光電管完全匹配，故：因光電管完全匹配，故：而而： 21ii 870522RRvRVicc若若 ，調(diào)，調(diào) ，使，使 21ccccVV5R5221RVRVcccc87011RRvRv11870vRRRv18710RRRvvAv，v電路中的電路中的電容電容是為了是為了擴(kuò)大擴(kuò)大放大器放大器工作的頻率范工作的頻率范圍圍而設(shè)置的。而設(shè)置的。 v由于電路具有線性和寬帶等特點，常由于電路具有線性和寬帶等

19、特點，常串接串接在生在生物電放大器的物電放大器的前置輸入和主放大器之間前置輸入和主放大器之間，有效，有效地避免了觸電危險和設(shè)備損傷的可能，抑制了地避免了觸電危險和設(shè)備損傷的可能，抑制了微機(jī)系統(tǒng)與生物電放大器之間共地而產(chǎn)生的回微機(jī)系統(tǒng)與生物電放大器之間共地而產(chǎn)生的回流干擾。流干擾。 v兩組兩組電源電源也需要也需要隔離隔離。5.2 CF5.2 CF型數(shù)字式單道心電圖機(jī)型數(shù)字式單道心電圖機(jī)（ECG-6951DECG-6951D） 5.2.1 5.2.1 概述概述 vECG-6951D心電圖機(jī)是上海光電醫(yī)用電子儀器心電圖機(jī)是上海光電醫(yī)用電子儀器有限公司開發(fā)的一種帶有有限公司開發(fā)的一種帶有液晶顯示液晶顯

20、示屏幕的屏幕的熱線熱線陣打印陣打印和和微處理器控制技術(shù)微處理器控制技術(shù)的普及型的普及型單道自動單道自動心電圖機(jī)心電圖機(jī)。v該機(jī)小巧輕便，操作簡便，記錄清晰。該機(jī)小巧輕便，操作簡便，記錄清晰。vECG-6951D心電圖機(jī)安全規(guī)格符合心電圖機(jī)安全規(guī)格符合GB9706.1-1995標(biāo)準(zhǔn)要求，為標(biāo)準(zhǔn)要求，為1類類CF型機(jī)器?？勺髑粌?nèi)心型機(jī)器?？勺髑粌?nèi)心電圖檢查，極限漏電流電圖檢查，極限漏電流F 1、可顯示心臟電生理、解剖、代謝和血流動力學(xué)改變，、可顯示心臟電生理、解剖、代謝和血流動力學(xué)改變，并提供各種心臟病確診和治療的基本信息。并提供各種心臟病確診和治療的基本信息。2、判斷心律失常類型。、判斷心律失常

21、類型。 3、具有心肌梗塞可能的先兆癥狀如胸痛、頭暈、或昏、具有心肌梗塞可能的先兆癥狀如胸痛、頭暈、或昏厥的病人的首選檢查。厥的病人的首選檢查。4、診斷心絞痛。當(dāng)冠狀動脈供血不足引起心絞痛發(fā)作、診斷心絞痛。當(dāng)冠狀動脈供血不足引起心絞痛發(fā)作時，心電圖會發(fā)生變化。時，心電圖會發(fā)生變化。5、部分病人心房心室肥厚可在心電圖上表現(xiàn)出來。、部分病人心房心室肥厚可在心電圖上表現(xiàn)出來。 6、對心肌疾患心包炎的診斷有一定的幫助。、對心肌疾患心包炎的診斷有一定的幫助。7、幫助了解某些藥物和電解質(zhì)紊亂及酸堿失衡對心肌、幫助了解某些藥物和電解質(zhì)紊亂及酸堿失衡對心肌的影響。的影響。) 8、危重病人的心電監(jiān)測。、危重病人的

22、心電監(jiān)測。 5.2.2 5.2.2 數(shù)字式單道心電圖機(jī)軟件原理數(shù)字式單道心電圖機(jī)軟件原理 1 1、單片機(jī)軟件特點、單片機(jī)軟件特點vECG-6951D的的控制核心控制核心使用的是使用的是16位單片機(jī)位單片機(jī)，單，單片機(jī)設(shè)計包含硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，結(jié)合基于單片機(jī)設(shè)計包含硬件設(shè)計和軟件設(shè)計，結(jié)合基于單片機(jī)的應(yīng)用軟件，來完成一系列功能。如圖所示。片機(jī)的應(yīng)用軟件，來完成一系列功能。如圖所示。硬件軟件單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)圖單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)圖數(shù)字式單道心電圖機(jī)軟件原理數(shù)字式單道心電圖機(jī)軟件原理單片機(jī)的軟件具有如下特點：單片機(jī)的軟件具有如下特點： (1)與硬件聯(lián)系緊密與硬件聯(lián)系緊密，必須要對硬，必須要對硬件有一定的了

23、解。件有一定的了解。(2)有自己有自己特殊的指令特殊的指令和和編譯連接編譯連接系統(tǒng)系統(tǒng)。(3)軟件具有個性軟件具有個性，不同的芯片軟，不同的芯片軟件一般不能通用，必須經(jīng)過移植件一般不能通用，必須經(jīng)過移植。 數(shù)字式單道心電圖機(jī)軟件原理數(shù)字式單道心電圖機(jī)軟件原理2 2、主控、主控CPUCPU特點特點vECG-6951D控制核心使用的是控制核心使用的是Intel公司生公司生產(chǎn)的產(chǎn)的高性能高性能16位單片機(jī)位單片機(jī)80C196MH，其特，其特別適用于各類自動控制系統(tǒng)，一般的信號別適用于各類自動控制系統(tǒng)，一般的信號處理系統(tǒng)及高級智能儀器。因為這些系統(tǒng)處理系統(tǒng)及高級智能儀器。因為這些系統(tǒng)通常要求實時處理、

24、實時控制。通常要求實時處理、實時控制。v而而Intel16位單片機(jī)具有的下述特點可以提位單片機(jī)具有的下述特點可以提高系統(tǒng)的實時性：高系統(tǒng)的實時性：數(shù)字式單道心電圖機(jī)工作原理數(shù)字式單道心電圖機(jī)工作原理v(1)CPU中的中的算術(shù)邏輯單元算術(shù)邏輯單元不采用常規(guī)的累加器結(jié)構(gòu)，改用不采用常規(guī)的累加器結(jié)構(gòu)，改用寄存器寄存器結(jié)構(gòu)寄存器寄存器結(jié)構(gòu)，CPU的操作直接面向寄存器，消除的操作直接面向寄存器，消除了一般了一般CPU結(jié)構(gòu)中存在的累加器瓶頸效應(yīng)，結(jié)構(gòu)中存在的累加器瓶頸效應(yīng)，提高提高了了操作速操作速度度和和數(shù)據(jù)吞吐能力數(shù)據(jù)吞吐能力。v(2)通用寄存器的數(shù)量通用寄存器的數(shù)量遠(yuǎn)比一般遠(yuǎn)比一般CPU的寄存器數(shù)量多

25、的寄存器數(shù)量多。這樣。這樣就有可能為各中斷服務(wù)程序中的局部變量指定專門的寄存就有可能為各中斷服務(wù)程序中的局部變量指定專門的寄存器，節(jié)省了中斷服務(wù)過程中保護(hù)寄存器現(xiàn)場和恢復(fù)寄存器器，節(jié)省了中斷服務(wù)過程中保護(hù)寄存器現(xiàn)場和恢復(fù)寄存器現(xiàn)場所需的軟件工作，方便了程序設(shè)計?，F(xiàn)場所需的軟件工作，方便了程序設(shè)計。v(3)有效率更高、執(zhí)行有效率更高、執(zhí)行速度更快的指令系統(tǒng)速度更快的指令系統(tǒng)。v(4)具有外設(shè)事務(wù)服務(wù)器具有外設(shè)事務(wù)服務(wù)器PTS，專門用于處理外設(shè)中斷事務(wù)，專門用于處理外設(shè)中斷事務(wù)，和普通中斷服務(wù)過程相比，和普通中斷服務(wù)過程相比，PTS服務(wù)大大減少了服務(wù)大大減少了CPU的軟的軟件處理。件處理。此外，此

26、外，80C196MH80C196MH還具有還具有豐富的外設(shè)豐富的外設(shè)。如下圖所示：。如下圖所示： 80C196MH80C196MH外設(shè)圖外設(shè)圖數(shù)字式單道心電圖機(jī)工作原理數(shù)字式單道心電圖機(jī)工作原理(1) 外設(shè)事務(wù)服務(wù)器外設(shè)事務(wù)服務(wù)器PTSvPTSPTS是一種微代碼硬件中斷處理器，可以減少是一種微代碼硬件中斷處理器，可以減少CPUCPU響應(yīng)中斷的處理?？咳舾山M固定的微代碼，響應(yīng)中斷的處理?？咳舾山M固定的微代碼，PTSPTS可可以對一些固定的操作實現(xiàn)高速的中斷服務(wù)。如：以對一些固定的操作實現(xiàn)高速的中斷服務(wù)。如：數(shù)據(jù)傳送、啟動數(shù)據(jù)傳送、啟動A/DA/D轉(zhuǎn)換并讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果等。轉(zhuǎn)換并讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果等。(2)

27、 事件處理器陣列事件處理器陣列EPAv包含若干個捕獲包含若干個捕獲/ /比較模塊和若干比較模塊，用來比較模塊和若干比較模塊，用來實現(xiàn)輸入事件和輸出事件發(fā)生的功能。實現(xiàn)輸入事件和輸出事件發(fā)生的功能。(3) 靈活的靈活的A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器vA/DA/D轉(zhuǎn)換器具有轉(zhuǎn)換位數(shù)（轉(zhuǎn)換器具有轉(zhuǎn)換位數(shù)（8 8位和位和1010位位) )可選擇、采可選擇、采樣和轉(zhuǎn)換時間可選擇的特點。樣和轉(zhuǎn)換時間可選擇的特點。 數(shù)字式單道心電圖機(jī)工作原理數(shù)字式單道心電圖機(jī)工作原理(4) 波形發(fā)生器波形發(fā)生器v可以輸出可以輸出2 2組互補(bǔ)的組互補(bǔ)的3 3相相PWMPWM信號，特別適合用于電信號，特別適合用于電機(jī)控制系統(tǒng)。機(jī)控制系統(tǒng)。

28、(5) 從口（從口（SLAVE PORT）v從口為單片機(jī)和其他微處理器之間提供一個接口，從口為單片機(jī)和其他微處理器之間提供一個接口，可以相互通訊。可以相互通訊。(6) 同步串行口同步串行口v支持若干標(biāo)準(zhǔn)同步串行傳輸協(xié)議。支持若干標(biāo)準(zhǔn)同步串行傳輸協(xié)議。3 380C196MH80C196MH的軟件設(shè)計的軟件設(shè)計(1)(1)編程語言編程語言v80C196MH80C196MH的軟件設(shè)計的軟件設(shè)計可以采用匯編語言或高級可以采用匯編語言或高級語言，兩種語言語言，兩種語言的特點對比如表的特點對比如表9-19-1所示。所示。A、匯編語言具有源代碼小、效率高等優(yōu)點，適合于對、匯編語言具有源代碼小、效率高等優(yōu)點，

29、適合于對實時性要求較高的場合，但是匯編語言調(diào)試比較麻煩，實時性要求較高的場合，但是匯編語言調(diào)試比較麻煩，要求編程者對硬件的了解要很清楚。要求編程者對硬件的了解要很清楚。B、隨著高級語言的發(fā)展，編譯效率的不斷提高，加之、隨著高級語言的發(fā)展，編譯效率的不斷提高，加之應(yīng)用系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜性都在提高。目前，在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜性都在提高。目前，在單片機(jī)的軟件開發(fā)中，高級語言占據(jù)重要的地位軟件開發(fā)中，高級語言占據(jù)重要的地位。表表1 匯編語言和高級語言的特點對比匯編語言和高級語言的特點對比 開發(fā)調(diào)試開發(fā)調(diào)試語言種類語言種類編程效率編程效率源代碼規(guī)源代碼規(guī)模模適用場合適用場合匯編語言匯編語言高高較

30、小較小不直觀不直觀調(diào)試不便調(diào)試不便適用于對實時性要求較適用于對實時性要求較高的系統(tǒng)，但不宜過于高的系統(tǒng)，但不宜過于復(fù)雜的大規(guī)模系統(tǒng)復(fù)雜的大規(guī)模系統(tǒng)高級語言高級語言如：如：C51C51、C196C196較高較高較大較大直觀直觀模塊化模塊化模塊化設(shè)計，適用于大模塊化設(shè)計，適用于大系統(tǒng)，復(fù)雜化較高系統(tǒng)，復(fù)雜化較高ASM196ASM196文本編輯器文本編輯器編寫源程序編寫源程序源代碼源代碼目標(biāo)目標(biāo)代碼代碼連接好的連接好的目標(biāo)代碼目標(biāo)代碼C196C196編譯器編譯器LIB196LIB196RL196RL196連接器連接器仿真器仿真器仿真調(diào)試程序仿真調(diào)試程序OH196OH196轉(zhuǎn)換為燒錄文件轉(zhuǎn)換為燒錄文件

31、燒錄芯片燒錄芯片（2 2）設(shè)計流程）設(shè)計流程80C196程序開發(fā)流程圖程序開發(fā)流程圖（3 3）80C196MH80C196MH的軟件開發(fā)套件的軟件開發(fā)套件 v1)C1961)C196：C C語言編譯器，將語言編譯器，將C C源程序編譯為目標(biāo)文件。源程序編譯為目標(biāo)文件。 2)RL1962)RL196：C C語言連接器，將目標(biāo)文件結(jié)合庫，連接為仿語言連接器，將目標(biāo)文件結(jié)合庫，連接為仿真調(diào)試文件真調(diào)試文件。 3 3）LIB196LIB196：程序需要的庫文件，參與連接。程序需要的庫文件，參與連接。4 4）OH196OH196：生成燒錄文件。生成燒錄文件。 以上以上4 4項均為項均為DOSDOS環(huán)境下

32、應(yīng)用軟件，目前均為環(huán)境下應(yīng)用軟件，目前均為WINDOWSWINDOWS環(huán)境環(huán)境下應(yīng)用軟件下應(yīng)用軟件 5 5）仿真運行、調(diào)試：）仿真運行、調(diào)試： v仿真軟件仿真軟件Easypack SLD v1.2Easypack SLD v1.2為集編輯，編譯，連接，運行，為集編輯，編譯，連接，運行，匯編等功能于一體的匯編等功能于一體的WindowsWindows應(yīng)用軟件。目前仿真軟件大都具應(yīng)用軟件。目前仿真軟件大都具有如下功能：有如下功能：v源程序編輯，編寫源程序編輯，編寫C C程序或匯編程序程序或匯編程序v在集成環(huán)境下啟動編譯程序，系統(tǒng)自動編譯源程序為目標(biāo)程在集成環(huán)境下啟動編譯程序，系統(tǒng)自動編譯源程序為目

33、標(biāo)程序，如果程序有錯，系統(tǒng)會報錯，再修改編譯。序，如果程序有錯，系統(tǒng)會報錯，再修改編譯。v在集成環(huán)境下啟動連接程序在集成環(huán)境下啟動連接程序v編譯連接成功后，可以進(jìn)入仿真界面，系統(tǒng)支持運行，斷點，編譯連接成功后，可以進(jìn)入仿真界面，系統(tǒng)支持運行，斷點，追蹤等功能?？梢詫崟r的對寄存器修改等操作。追蹤等功能?？梢詫崟r的對寄存器修改等操作。v根據(jù)芯片不同，有些仿真軟件還可實現(xiàn)在線編程，在線寫入，根據(jù)芯片不同，有些仿真軟件還可實現(xiàn)在線編程，在線寫入，完全模擬了程序真實的運行情況，功能很強(qiáng)大完全模擬了程序真實的運行情況，功能很強(qiáng)大。 ECG-6951DECG-6951D主程序軟件主程序軟件4 4ECG-69

34、51DECG-6951D主程序軟件主程序軟件（電原理框圖）（電原理框圖）v根據(jù)功能進(jìn)行資源分析根據(jù)功能進(jìn)行資源分析v主控主控CPUCPU要完成的主要功能要完成的主要功能（主控（主控CPUCPU功能圖），功能圖），通過功能通過功能和資源分析，和資源分析，80C196MH80C196MH在以下幾方面均可滿足心電圖機(jī)的在以下幾方面均可滿足心電圖機(jī)的功能要求：功能要求：v1)I/O1)I/O數(shù)量；數(shù)量；v2)A/D2)A/D指標(biāo)；指標(biāo)；v3)3)波形發(fā)生器；波形發(fā)生器；v4)PTS4)PTS中斷；中斷；v5)5)同步傳輸速度；同步傳輸速度；v6)6)異步傳輸協(xié)議；異步傳輸協(xié)議；v7)7)運算能力。運算

35、能力。ECG-6951DECG-6951D主程序軟件主程序軟件v系統(tǒng)流程圖系統(tǒng)流程圖詳見詳見“系統(tǒng)流程圖系統(tǒng)流程圖”。v各重要內(nèi)容介紹各重要內(nèi)容介紹v1)1)采樣頻率采樣頻率: :根據(jù)心電圖機(jī)的頻響要求，確定本系根據(jù)心電圖機(jī)的頻響要求，確定本系統(tǒng)統(tǒng)采樣頻率為采樣頻率為1000Hz1000Hz，即，即1 1毫秒采樣一點，處理一毫秒采樣一點，處理一點，然后打印一點。這樣才能不失真的實時的記點，然后打印一點。這樣才能不失真的實時的記錄一個心電波形。錄一個心電波形。v在一毫秒內(nèi)必須完成的工作如下頁圖所示在一毫秒內(nèi)必須完成的工作如下頁圖所示： ECG-6951DECG-6951D主程序軟件主程序軟件一毫

36、秒內(nèi)完成工作圖一毫秒內(nèi)完成工作圖自動增益自動增益自動導(dǎo)聯(lián)自動導(dǎo)聯(lián)自動基線自動基線波形顯示波形顯示菜單顯示菜單顯示單道心電圖機(jī)單道心電圖機(jī)單道熱線陣記錄單道熱線陣記錄液晶顯示液晶顯示手動手動/自動功能自動功能頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)150Hz10位位A/D數(shù)字濾波數(shù)字濾波熱線陣控制熱線陣控制實時性高實時性高數(shù)據(jù)精度數(shù)據(jù)精度工頻干擾工頻干擾A/DA/D同步傳輸口同步傳輸口1路同步傳輸口，波特率：路同步傳輸口，波特率：2.76M波形發(fā)生器波形發(fā)生器4路波形發(fā)生器路波形發(fā)生器2路路A/D 精度：精度：10位位心電心電/基線數(shù)據(jù)基線數(shù)據(jù)I/O口口11個個I/O口口特殊功能特殊功能I/O口口7個個I/O口口鍵掃描

37、鍵掃描總線接口總線接口LED異步通訊口異步通訊口1路異步傳輸口，波特率：路異步傳輸口，波特率：500K飛利浦飛利浦8位單片機(jī)位單片機(jī)液晶模塊液晶模塊心電采集心電采集打印控制打印控制馬達(dá)控制馬達(dá)控制按鍵控制按鍵控制基線控制基線控制LED控制控制濾波、定標(biāo)、復(fù)濾波、定標(biāo)、復(fù)位導(dǎo)聯(lián)、增益位導(dǎo)聯(lián)、增益從機(jī)控制從機(jī)控制16-Bit CPUCoreI/O（41）774B RAMWatchdog10 bit A/DECG-Data（1個通道）12345678910 11 12 7個個LED 顯示8個個導(dǎo)聯(lián)選擇4個個紙檢，肌電定標(biāo)，復(fù)位濾波7個個常用控制變量PWMSPIEvent ManagerLCM 顯示2

38、0個個Step-Motor4路路比較中斷Extermal Memory InterfaceFlashROMUARTMCU基線A/D通過功能和資源分析，通過功能和資源分析，80C196MH在以下幾方面均可滿足心電圖機(jī)的在以下幾方面均可滿足心電圖機(jī)的功能要求。功能要求。 I/O數(shù)量數(shù)量 A/D指標(biāo)指標(biāo) 波形發(fā)生器波形發(fā)生器 PTSPTS中斷中斷 同步傳輸速度同步傳輸速度 異步傳輸協(xié)議異步傳輸協(xié)議 運算能力運算能力 16 位位MCU180C196MH8 位位MCU2P89C58UBPN前置部分前置部分其他外設(shè)其他外設(shè)LCMPOWER患者輸入輸入保護(hù)緩沖放大導(dǎo)聯(lián)選擇威爾遜網(wǎng)絡(luò)威爾遜網(wǎng)絡(luò)前置放大起搏脈沖

39、時間常數(shù)肌電濾波脈寬調(diào)制調(diào)制解調(diào)基線控制增益控制外接輸出浮動耦合打印控制熱線陣LCD控制LCDDC/DC充電控制充電電池交流輸入線路濾波AC/DC電源選擇電壓變換電源控制外接輸入紙檢控制傳感器馬達(dá)驅(qū)動馬 達(dá)Flash ROMKEY掃描KEYLED控制LED50Hz濾波q 電源電源q 復(fù)位電路復(fù)位電路q 振蕩電路振蕩電路q 總線驅(qū)動與總線鎖存總線驅(qū)動與總線鎖存q I/O接口電路接口電路q A/D輸入電路輸入電路q D/A輸出電路輸出電路q 鍵掃描電路鍵掃描電路q 單片機(jī)最小系統(tǒng)單片機(jī)最小系統(tǒng)系統(tǒng)流程圖，系統(tǒng)流程圖，如圖所示。如圖所示。 開 始 系統(tǒng)初始化 While(1) 鍵掃描 A/D/馬達(dá)/

40、I/O/ 其他初始化 是否有鍵 Do case 鍵值 速度控制 增益 控制 濾波控制 導(dǎo)聯(lián)控制 運行控制 模式控制 定標(biāo)控制 封閉控制 打印 走紙 是否運行 AD 轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)處理 報警處理 從機(jī)通訊 是 否 否 是 程序構(gòu)成分析，如下圖所示：程序構(gòu)成分析，如下圖所示： 程序構(gòu)成分析圖程序構(gòu)成分析圖 程程程程 序序序序 構(gòu)構(gòu)構(gòu)構(gòu) 成成成成 分分分分析析析析 頭文件定義頭文件定義 # include “ 80C196 .h” #include “xxxxx.h ” 控制變量控制變量& 函數(shù)聲明函數(shù)聲明 Float xxx Int xxx 主函數(shù)主函數(shù) Main( ) initial_set

41、(); 初始化設(shè)置初始化設(shè)置 while(1) key_scan(key); system_set(); system_manager(); switch(key) ecg_parameter1_set(); ecg_parameter2_set(); 子函數(shù)子函數(shù) Initial_set(); Key_scan(key); System_set(); System_manager(); Ecg- parameter1_set() Ecg- parameter2_set() 中斷函數(shù)中斷函數(shù) Motor_init(); Motor_interrupt(); Ad_init(); Ad_inte

42、rrupt(); Sci_init(); Sci_interr upt(); Compare_init(); Compare_interrupt(); 程序構(gòu)成分析程序構(gòu)成分析v1)1)頭文件的定義：頭文件的定義：主要定義一些芯片特殊的寄存器。主要定義一些芯片特殊的寄存器。有別于普通有別于普通C C語言的頭文件定義。定義的語法也比語言的頭文件定義。定義的語法也比較特殊。較特殊。 v2)2)控制變量及函數(shù)聲明：控制變量及函數(shù)聲明：程序需要的常用變量標(biāo)志程序需要的常用變量標(biāo)志位及函數(shù)的說明。特殊之處：可以在定義變量的的位及函數(shù)的說明。特殊之處：可以在定義變量的的同時，分配其地址空間。同時，分配其地

43、址空間。 v3)3)主程序：主程序：構(gòu)建整個系統(tǒng)的架構(gòu)，各功能模塊的初構(gòu)建整個系統(tǒng)的架構(gòu)，各功能模塊的初始化及中斷程序的參數(shù)重裝。系統(tǒng)報警程序調(diào)用。始化及中斷程序的參數(shù)重裝。系統(tǒng)報警程序調(diào)用。 v4)4)重要子函數(shù)：重要子函數(shù)：一般子函數(shù)只需在調(diào)用前定義好，一般子函數(shù)只需在調(diào)用前定義好，聲明好即可。中斷函數(shù)則需要特定的語句來定義，聲明好即可。中斷函數(shù)則需要特定的語句來定義，同時必須聲明好中斷函數(shù)的中斷地址。同時必須聲明好中斷函數(shù)的中斷地址。 程序構(gòu)成分析程序構(gòu)成分析v1 1毫秒定時函數(shù)及其中斷函數(shù)毫秒定時函數(shù)及其中斷函數(shù)vA/DA/D轉(zhuǎn)換函數(shù)及其中斷函數(shù)轉(zhuǎn)換函數(shù)及其中斷函數(shù)v同步傳輸函數(shù)及其中

44、斷函數(shù)同步傳輸函數(shù)及其中斷函數(shù)v數(shù)據(jù)處理函數(shù)數(shù)據(jù)處理函數(shù)v馬達(dá)中斷函數(shù)馬達(dá)中斷函數(shù)v異步通訊函數(shù)及其中斷函數(shù)異步通訊函數(shù)及其中斷函數(shù)v如馬達(dá)中斷函數(shù)如馬達(dá)中斷函數(shù) 程序構(gòu)成分析程序構(gòu)成分析v打印控制打印控制v本機(jī)采用本機(jī)采用熱線陣打印熱線陣打印記錄方式。在記錄波形的同記錄方式。在記錄波形的同時可以記錄文字。時可以記錄文字。v波形打?。翰ㄐ未蛴。撼€以外的波形部分，用除基線以外的波形部分，用一點發(fā)熱一點發(fā)熱方式打印方式打印。v基線打?。夯€打?。簽榱四７聼峁P記錄方式，基線比較粗，為了模仿熱筆記錄方式，基線比較粗，故采用同時發(fā)熱故采用同時發(fā)熱多點多點的方式來的方式來打印打印。打印過程中。打印過程

45、中必須要注意打印過熱，造成熱線陣上發(fā)熱點燒壞，必須要注意打印過熱，造成熱線陣上發(fā)熱點燒壞，或記錄紙燒壞。本公司采用千鳥打法來解決此問或記錄紙燒壞。本公司采用千鳥打法來解決此問題。題。 程序構(gòu)成分析程序構(gòu)成分析v自動功能的實現(xiàn)自動功能的實現(xiàn)v自動定標(biāo)：自動定標(biāo)：在記錄每一個導(dǎo)聯(lián)之前，系統(tǒng)自動在記錄每一個導(dǎo)聯(lián)之前，系統(tǒng)自動在波形前加入一個定標(biāo)。在波形前加入一個定標(biāo)。v自動增益：自動增益：自動模式下，當(dāng)信號過大時，通過自動模式下，當(dāng)信號過大時，通過軟件識別自動改變系統(tǒng)增益，以便記錄合適的軟件識別自動改變系統(tǒng)增益，以便記錄合適的波形。波形。v自動基線：自動基線：開機(jī)時系統(tǒng)通過基線開機(jī)時系統(tǒng)通過基線AD

46、AD通道采集的通道采集的數(shù)據(jù)，確定基線的位置，在自動方式下，會自數(shù)據(jù)，確定基線的位置，在自動方式下，會自動根據(jù)心電圖波形的特征，自動將波形擺放在動根據(jù)心電圖波形的特征，自動將波形擺放在一個合適的位置。一個合適的位置。 程序構(gòu)成分析程序構(gòu)成分析v數(shù)字濾波數(shù)字濾波v為了為了消除干擾及排除消除干擾及排除5050赫茲工頻干擾赫茲工頻干擾，在數(shù)據(jù)處，在數(shù)據(jù)處理函數(shù)中會將理函數(shù)中會將ADAD采集的心電數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波，采集的心電數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波，這也是軟件的特長。這也是軟件的特長。v但是，做大型的數(shù)字濾波對但是，做大型的數(shù)字濾波對CPUCPU的要求較高，尤的要求較高，尤其是浮點運算，乘加其是浮點運算，乘加

47、運算速度運算速度。為了提高效率最。為了提高效率最好選用帶有硬件乘法器的芯片，同時此部分的編好選用帶有硬件乘法器的芯片，同時此部分的編程語言程語言最好用匯編語言最好用匯編語言，以提高效率。可以用，以提高效率。可以用MatlabMatlab來仿真調(diào)試數(shù)字濾波。來仿真調(diào)試數(shù)字濾波。 程序構(gòu)成分析程序構(gòu)成分析v系統(tǒng)設(shè)置系統(tǒng)設(shè)置v本機(jī)可以設(shè)置本機(jī)可以設(shè)置自動記錄自動記錄每導(dǎo)聯(lián)的時間從每導(dǎo)聯(lián)的時間從1 11212秒秒可選可選。v同時通過軟件可以在手動方式下實現(xiàn)基線的移同時通過軟件可以在手動方式下實現(xiàn)基線的移位。在自動方式下實現(xiàn)特定導(dǎo)聯(lián)的保持記錄。位。在自動方式下實現(xiàn)特定導(dǎo)聯(lián)的保持記錄。v總之，在硬件的基礎(chǔ)

48、上，通過軟件可以實現(xiàn)單總之，在硬件的基礎(chǔ)上，通過軟件可以實現(xiàn)單片機(jī)系統(tǒng)強(qiáng)大的功能，而且升級更改十分靈活。片機(jī)系統(tǒng)強(qiáng)大的功能，而且升級更改十分靈活。單片機(jī)的硬件和軟件相互制約，相互促進(jìn)，都單片機(jī)的硬件和軟件相互制約，相互促進(jìn)，都必須有較多的理解必須有較多的理解。 5 5液晶控制程序液晶控制程序(1)(1)芯片介紹芯片介紹主控芯片：主控芯片：飛利浦飛利浦5151系列單片機(jī)，系列單片機(jī)，OM4368BNOM4368BN，如下圖所示：如下圖所示： OM4368BNOM4368BN芯片圖芯片圖液晶控制程序特性液晶控制程序特性 v80C5180C51核心處理單元；核心處理單元；v片內(nèi)片內(nèi)FlashFlas

49、h程序存儲器；程序存儲器；v最大頻率為最大頻率為33MHz33MHz；v全靜態(tài)操作；全靜態(tài)操作；vRAMRAM可外部擴(kuò)展為可外部擴(kuò)展為64K64K字節(jié)；字節(jié)；v4 4個中斷優(yōu)先級；個中斷優(yōu)先級；v6 6個中斷源；個中斷源；v4 4個個8 8位位I/OI/O口口； 液晶控制程序特性液晶控制程序特性v全雙工增強(qiáng)型全雙工增強(qiáng)型UARTUART：幀數(shù)據(jù)錯誤檢測；幀數(shù)據(jù)錯誤檢測；自動地址自動地址識別；識別；v3 3個個1616位定時位定時/ /計數(shù)器計數(shù)器T0T0、T1T1（標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)80C5180C51）和增加的）和增加的T2T2（捕獲和比較）；（捕獲和比較）；v電源控制模式：電源控制模式：時鐘可停止

50、和恢復(fù)；時鐘可停止和恢復(fù)；空閑模空閑模式；式；掉電模式；掉電模式；v雙數(shù)據(jù)指針；雙數(shù)據(jù)指針；v可編程時鐘輸出；可編程時鐘輸出；v異步端口復(fù)位；異步端口復(fù)位；v低低EMI EMI （禁止（禁止ALEALE）；）；v掉電模式可通過外部中斷喚醒。掉電模式可通過外部中斷喚醒。v(2) (2) 開發(fā)流程：開發(fā)流程：開發(fā)過程基本同開發(fā)過程基本同80C196MH 80C196MH v(3) (3) 編程語言：編程語言：Franklin C51Franklin C51第三版第三版。 (4) (4) 軟件流程，如圖所示：軟件流程，如圖所示： 否否 是開始 液晶控制器初始化 接受來自主控CPU發(fā)來的狀態(tài)信息和數(shù)據(jù)

51、信息TEST狀態(tài)顯示狀態(tài)信息 顯示心電波形 關(guān)機(jī) 缺紙 工作異常 顯示缺紙信息顯示異常信息是否關(guān)機(jī) 否是是 是 否 5.3 5.3 智能攜帶式動態(tài)心電監(jiān)護(hù)儀智能攜帶式動態(tài)心電監(jiān)護(hù)儀(Holter)(Holter)v動態(tài)心電圖動態(tài)心電圖-DCG-DCG。v智能動態(tài)心電圖機(jī)智能動態(tài)心電圖機(jī)(Holter)(Holter)是采用微型計算機(jī)是采用微型計算機(jī)對對DCGDCG實時分析、判斷并有選擇記錄實時分析、判斷并有選擇記錄, , 發(fā)現(xiàn)重癥發(fā)現(xiàn)重癥及時報警的攜帶式監(jiān)護(hù)記錄儀。及時報警的攜帶式監(jiān)護(hù)記錄儀。 5.3.1 5.3.1 動態(tài)心電監(jiān)護(hù)儀的結(jié)構(gòu)及其功能動態(tài)心電監(jiān)護(hù)儀的結(jié)構(gòu)及其功能 1. 1. 功能功

52、能 根據(jù)心電波的根據(jù)心電波的RRRR間期、間期、QRSQRS波寬、幅度大波寬、幅度大小等特征量進(jìn)行實時分析，判斷并有選擇地存小等特征量進(jìn)行實時分析，判斷并有選擇地存儲記錄?？梢詢τ涗??？梢栽\斷診斷室顫、心動過緩、漏博、停室顫、心動過緩、漏博、停博、早博、博、早博、RonTRonT等等1010多種心律失常病癥。多種心律失常病癥。 2. 2. 組成結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu) ( (見下圖見下圖) )2 27 7* *6 6LCDLCD顯示顯示譯碼驅(qū)動器譯碼驅(qū)動器8 80 0C C3 31 18 82 2C C5 55 5鍵鍵盤盤打打印印機(jī)機(jī)A A/ /D DD D/ /A ADIPDIP開開關(guān)關(guān)74H74HC3

53、73C3732 27 7C C6 64 46 62 2C C6 64 48 88 88 88 88 82 28 86 6報警報警5.3.2 5.3.2 智能智能HolterHolter的算法及其程序設(shè)計的算法及其程序設(shè)計1. 1. 數(shù)字濾波數(shù)字濾波2. QRS2. QRS波檢測波檢測3. R 3. R 波高度的補(bǔ)償波高度的補(bǔ)償4. QRS 4. QRS 波模板匹配技術(shù)波模板匹配技術(shù)5. 5. 心電數(shù)據(jù)壓縮算法心電數(shù)據(jù)壓縮算法智能動態(tài)心電監(jiān)護(hù)儀系統(tǒng)工作模塊與流程見以下框圖。智能動態(tài)心電監(jiān)護(hù)儀系統(tǒng)工作模塊與流程見以下框圖。智能動態(tài)心電監(jiān)護(hù)儀系統(tǒng)工作流程圖智能動態(tài)心電監(jiān)護(hù)儀系統(tǒng)工作流程圖軟件算法原理

54、與應(yīng)用效果軟件算法原理與應(yīng)用效果1.1.數(shù)字濾波數(shù)字濾波 在心電信號的拾取，放大及變換過程中，會在心電信號的拾取，放大及變換過程中，會引起各種干擾。用數(shù)字濾波對經(jīng)過引起各種干擾。用數(shù)字濾波對經(jīng)過A/DA/D轉(zhuǎn)換后的心轉(zhuǎn)換后的心電信號進(jìn)行濾波和平整。電信號進(jìn)行濾波和平整。 抑制抑制50Hz50Hz工頻干擾采用工頻干擾采用5 5點對稱數(shù)字濾波器，點對稱數(shù)字濾波器，即即: : 其中其中X X、Y Y分別是心電信號原始采樣序列及分別是心電信號原始采樣序列及經(jīng)過濾波后的信號序列。經(jīng)過濾波后的信號序列。)2() 1(4)(2) 1(4) 2(41)(1nXnXnXnXnXnYv濾波器的頻率響應(yīng)濾波器的頻率

55、響應(yīng): :v對于對于200Hz200Hz的采樣頻率，在的采樣頻率，在50Hz50Hz處濾波器增益為處濾波器增益為零，濾波器的零，濾波器的幅頻特性曲線幅頻特性曲線如下頁如下頁圖圖(a)(a)所示，所示，但在高頻率端信號的特性變差，但在高頻率端信號的特性變差， 為此需進(jìn)行平為此需進(jìn)行平滑濾波。平滑濾波器的方程為滑濾波。平滑濾波器的方程為: :21cos2cos21)(jeH)1()(2) 1(41)(111nYnYnYnYv級聯(lián)后的濾波器差分方程為級聯(lián)后的濾波器差分方程為: :v級聯(lián)后的濾波器頻率應(yīng)為級聯(lián)后的濾波器頻率應(yīng)為: :v頻率特性曲線如下圖濾波器的頻率特性曲線如下圖濾波器的幅頻特性曲線幅頻

56、特性曲線 (b)(b)所示，由圖可知通頻帶大約在所示，由圖可知通頻帶大約在30 Hz30 Hz左右。這會使左右。這會使QRSQRS波的高頻成分有所下降。但波的高頻成分有所下降。但QRSQRS波的主要頻率波的主要頻率成分在成分在8 825Hz25Hz，大于，大于30Hz30Hz的高頻成分所占的比重的高頻成分所占的比重不大，已能滿足對心律失常識別的要求。不大，已能滿足對心律失常識別的要求。) 1(5)(4) 1(5) 2(2) 3(161)(nXnXnXnXnXnY)3() 2(2nXnX 2cos52cos2cos81)(jeHH HH Hf (Hz)f (Hz)0 20 40 60 80 10

57、00 20 40 60 80 1000 20 40 60 80 1000 20 40 60 80 1001.01.00.80.80.60.60.40.40.20.21.01.00.80.80.60.60.40.40.20.2 濾波器的幅頻特性曲線圖濾波器的幅頻特性曲線圖(a)(a)(b)(b)2. QRS2. QRS波檢測波檢測（1 1）技術(shù)處理）技術(shù)處理 求出求出絕對微分?jǐn)?shù)據(jù)絕對微分?jǐn)?shù)據(jù)的形式的形式: : 為了便于設(shè)計識別區(qū)分點的程序，把上為了便于設(shè)計識別區(qū)分點的程序，把上式修改成求式修改成求絕對微分?jǐn)?shù)據(jù)絕對微分?jǐn)?shù)據(jù)的形式：的形式：)()(414223113iiiiiiiiiXXXXXXXX

58、X)()(4223113iiiiiiiiiXXXXXXXXX（2 2）QRSQRS波檢測波檢測v先求出先求出400400個個微分?jǐn)?shù)據(jù)微分?jǐn)?shù)據(jù)的的最大值最大值。v由最大值定出由最大值定出 閾值閾值1 1，應(yīng)保證能識別每一個，應(yīng)保證能識別每一個QRSQRS波群波群超過超過閾值閾值1 1的時刻作為的時刻作為R R波的代表點，波的代表點，表明已進(jìn)入表明已進(jìn)入QRSQRS波群。波群。v然后逆方向（然后逆方向（P P波方向）求微分值小于某一波方向）求微分值小于某一值值（閾值（閾值2 2）的點，將在的點，將在0.015s0.015s（相當(dāng)于（相當(dāng)于3 3個個采樣點）期間內(nèi)連續(xù)小于閾值采樣點）期間內(nèi)連續(xù)小于閾

59、值2 2的那些點的的那些點的最后一點最后一點作為作為QRSQRS波的起點。波的起點。vQRSQRS波終點的識別與起點相似。起點與終點波終點的識別與起點相似。起點與終點的間期定義為的間期定義為 QRSQRS波的寬度波的寬度。QRSQRS波的處理波的處理原始心電圖原始心電圖微分心電圖微分心電圖絕對微分心電圖絕對微分心電圖（3 3）R R波檢測波檢測 在原始心電圖中，從識別出的在原始心電圖中，從識別出的QRSQRS波起點波起點開始，求開始，求200ms200ms內(nèi)內(nèi)數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)為最大值最大值的點作為的點作為 R R 波頂點波頂點，兩個，兩個相鄰相鄰 R R 波頂點波頂點之間的之間的間隔間隔即為即為 R

60、-R R-R 間隔間隔。3. R 3. R 波高度的補(bǔ)償波高度的補(bǔ)償 因為因為A/D A/D 采樣不一定正好采到采樣不一定正好采到 R R 波的峰值上，故需波的峰值上，故需對對 R R 波進(jìn)行高度補(bǔ)償。設(shè)波進(jìn)行高度補(bǔ)償。設(shè)R R波上升和下降斜率基本相同，波上升和下降斜率基本相同，而計算機(jī)對而計算機(jī)對R R波波采樣高度為采樣高度為 a a 。見下圖。見下圖(1)(1)采樣點正落在采樣點正落在R R波的峰值上波的峰值上, a-a, a-a-1-1 =a-a =a-a+1+1, ,則則 V VR R=a.=a.(2)(2)采樣點在采樣點在R R波上升沿波上升沿, a-a, a-a-1-1 a-a a-a+1